工程地質中瑞利波法勘探的理論與實踐分析

吳遠震

摘 要：瑞利波法是工程地質勘探中的常用方法，對于一些復雜地質條件的工程勘探任務，瑞利波法能夠取得較好的勘探效果，準確反映工程地質力學特征。文章首先對瑞利波法的勘探理論基礎進行介紹，包括瑞利波介質傳播特點以及瑞利波法的基本應用方法等。在此基礎上，對瑞利波法在工程地質勘探中的應用實踐進行研究，結合工程案例，探討其應用流程。

關鍵詞：工程地質;瑞利波法;地質勘探

中圖分類號：TU195 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）22-0153-02

地質勘探工作在各類工程建設活動中占有重要地位，需要根據地質勘探結果，對施工場地條件、建筑基礎狀況等進行評價，從而為施工技術方案的制定提供科學依據。如果在地質勘探過程中出現較大誤差，則容易引發施工安全問題，還會造成較大的成本浪費。瑞利波法在工程地質勘探中的應用，有利于提高地質勘探結果的可靠性。

1 工程地質中瑞利波法勘探的理論

如圖1、圖2所示，瑞利波勘探技術與其他的勘探技術相似，在采集野外資料的過程中，不可能只接收或者產生一種波。但是，瑞利波會將其它的干擾波一起收集，不會消除其他因素的打擾，籠統的對野外信息完成采集，以此來實現地質勘探的目標。雖然此種方式看似不可靠，并且當前的瑞利波勘探具有探測空間小的缺陷。所以應用的過程中會受到外界因素的干擾，不過可以將地質情況更加詳細的描繪出來，便于工作人員掌握空間內部的相關情況。在地質勘探中，直線性好的體波通常會對瑞利波產生影響，并且利用其極化特點對其予以壓制。隨后會根據線性的極化程度對時間進行濾波，很大程度上可以實現對幾波的消除。經過濾波以后可以強化瑞利波，在同一個測點能夠激發三次到五次。將這部分記錄信息進行極化濾波，可以實現垂直疊加的目的，然后對信噪比較高的瑞利波進行優化處理。通過以上的方式，工作人員可以獲得一條頻散曲線，實現對大量隨機干擾的消除。此時，瑞利波的信號便會大大增強，直接將地質勘探的結果反映出來，增加最終結果的準確性[1]。

2 工程地質中瑞利波法勘探的實踐

2.1 工程地質待勘探區域的概況

根據已經掌握的地質勘察資料，能夠發現待勘測區域具有地形平坦的特點，同時地貌單元屬于沖擊接地。結合所掌握的資料發現，該地層的自上而下依次為，（1）第一層屬于工填土，其中表土為耕土，厚度在0.3米至1.1米之間。（2）第二層主要由輕亞粘土、粘土、亞粘土構成，厚度在1.4米至6米之間。（3）第三層主要有卵石、砂組成，厚度在4.5米至8.4米之間。（4）第四層主要為基巖。包括石灰巖、頁巖、砂巖三種類型[2]。

2.2 工程地質勘探的具體任務

在本次工程地質勘探中，實現對瑞利波法的應用，具體的勘探任務主要是：要求對擬建廠防止區內的斷層邊界進行詳細的勘察。其中，對于該場地的具體工程勘察任務，主要包括以下四方面：（1）通過地質勘察。確定斷層破碎帶以及影響帶的界限。（2）提供不同試點中，地質巖性構成情況。（3）掌握不同地層層對應的容許承載力值。（4）要求對該區域中的探測深度在30米左右。將以上的任務落實在工程地質勘察中，能夠充分發揮瑞利波法的作用，確保本次勘察的結果符合工程項目的需求，為后續的工作提供有價值的參考[3]。

2.3 工程地質勘探的應用方法

為了能夠實現地質勘察的目標，確定影響帶、破碎帶的位置，同時明確相對應的力學性質。因此，需要對瞬態瑞利波、穩態振動瑞利波的最終測試結果予以對比。也就是說，在本次工程勘探中，必須將瞬態瑞利波法、穩態振動瑞利波法應用在其中。具體而言，穩態震動瑞利波法主要是將土動力學作為前提，結合彈性力學進行推導的，此種方式可以在地表的某一個點實現對穩定震源的放置，在穩定震源的同一側，布置兩個不同的垂直傳感器。當穩態震源處于正弦波時，傳感器所處的位置下方，在位移時呈現出來的曲線公式為：

在上述公式中，VR表示巖土的瑞利波速度，單位是米/秒。表示穩態震源對應的振動源頻率，單位是弧度/秒。S是表示兩個傳感器之間，所對應的水平距離，單位是米。表示第一個傳感器所對應的振動相位角，單位是弧度。表示第二個傳感器的對應振動相位角，單位是弧度。

如果兩個不同的傳感器之間所對應的距離，與瑞利波的半波長和波長相等時，那么則會出現以下關系：

該公式中，f表示瑞利波的對應頻率。λ表示瑞利波的具體波長。經過研究以及最終的結果表示，如果振動的頻率不斷減少，那么波長會增加，此時探測的深度也會逐漸增加。

對于穩態振動瑞利波的系統而言，其中的構成包括傳感器、混凝土塊、數值記錄儀、微振放大器、直流調速器、直流電動機、離心式起振器等。具體的地質勘探過程為：啟動直流調速器，對直流電機進行調節，實現對轉速的控制，以此來改變振器的運行頻率。這一過程中，強迫混凝土塊對地表測試點產生振動。不同的周期振動，會對土層產生直接的影響，從而在不同的地層中形成瑞利波。此時，具有一定間隔距離的傳感器會對瑞利波進行反射。經過放大以后，由數值記錄儀完成記錄，并且有計算器對最終的結果進行分析、處理。

而對于瞬態瑞利波的測試原理來說，實際上與穩態振動瑞利波原理相同。而其中的差異，主要是需要利用瞬態脈沖波。瞬態瑞利波測試系統的結構，主要包括記錄與分析儀、信號采集器、微放大器、組合錘等。在應用的過程中，穩態瑞利波振動測試方法會通過振動的頻率獲得地質情況。而瞬態瑞利波測試的過程中，主要由錘擊而產生信號。所以需要結合被測試的對象，實現對組合誰的應用，以此來形成脈沖波，得到地質情況的結構圖。

2.4 勘探數據的整理與分析

利用瑞利波法獲取工程地質勘探數據后，可以采用計算機數據分析處理軟件，自動完成原始數據分析計算工作?？梢岳糜嬎銠C軟件對穩定振動瑞利波波形圖、瞬態穩定瑞利波波形圖進行分析，計算從測試深度地層到地表的瑞利波平均速度，并對測試區域范圍內的不同深度地層瑞利波波速進行測算。然后根據不同地層瑞利波波速和平均波速，結合已有鉆探資料，對目標區域的地層進行劃分，劃分結果如表1所示。

從軟件計算分析結果來看，粘性土地層瑞利波波速在125～200m/s之間，砂土瑞利波波速在205～310m/s之間，卵石瑞利波波速在310～498m/s之間，砂頁巖瑞利波波速受風化程度影響，強風化巖的波速在400～600m/s之間，中等風化巖的波速在700～900m/s之間，微風化巖的波速在100m/s之間。此外，斷層破碎帶與巖體的瑞利波波速存在較大差異，斷層泥的波速明顯低于砂頁巖。采用瑞利波法得出的探勘結果與工程鉆探結果基本吻合，從中可以反映出目標區域內斷層破碎帶情況。由于斷層破碎帶抗震性能較差，屬于不均勻巖土地基，需要對天然地基采取加固措施。從本次研究情況來看，瑞利波法時一種工程地質勘探的理想方法。

3 結語

綜上所述，瑞利波法在工程地質勘探中的應用，能夠全面反映工程區域地質斷層情況，掌握破碎帶埋深、走向和寬度等信息，為工程地基使用評價提供依據。通過深刻理解瑞利波法勘探原理，把握好瑞利波法的實踐應用流程，可以確?？碧浇Y果的準確性。在此情況下，可以根據工程地質勘探結果，合理設計施工方案，確保施工安全性及施工質量。

參考文獻

[1] 丁瑋，陳燦，聶田.層狀介質中瑞利波動力響應及傳播特性分析[J].價值工程，2019，38（27）：178-182.

[2] 柴華友，柯文匯，陳健.規則層狀彈性介質中基階模態瑞利波頻散曲線計算新方法[J/OL].巖土力學，2019（12）：1-9.

[3] 彭虎，王章瓊，黃祥國.瑞利波探測技術在陽煤一礦3號煤中的應用研究[J].煤炭與化工，2018，41（12）：64-66.